Experimental study on behaviour of fir exposed reinforced concrete frames subjected to cyclic lateral loading

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp Mã số: 60580208 TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu thực nghiệm ứng xử của khung bê tông cốt thép bị cháy chịu tải trọng ngang tuần

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học:

Cán bộ hướng dẫn : PGS.TS Cao Văn Vui Chữ ký:………

Cán bộ chấm nhận xét 1: PGS.TS Nguyễn Minh Long Chữ ký:………

Cán bộ chấm nhận xét 2: PGS.TS Trần Cao Thanh Ngọc Chữ ký:………

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM, ngày 29 tháng 08 năm 2020

Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn thạc sĩ gồm:

1 PGS.TS Nguyễn Ninh Thụy - Chủ tịch Hội đồng

2 TS Bùi Phương Trinh - Thư ký

3 PGS.TS Nguyễn Minh Long - Ủy viên (Phản biện 1)

4 PGS.TS Trần Cao Thanh Ngọc - Ủy viên (Phản biện 2)

5 TS Võ Việt Hải - Ủy viên

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA

KỸ THUẬT XÂY DỰNG

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Ngày, tháng, năm sinh: 09/08/1988 Nơi sinh: Đồng Tháp Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp

Mã số: 60580208

TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu thực nghiệm ứng xử của khung bê tông cốt thép bị cháy chịu tải trọng ngang tuần hoàn

I NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG :

1 Chế tạo khung BTCT tỷ lệ thực (full-scale)

2 Thực hiện thí nghiệm cháy hiện trường cho khung BTCT bị cháy với các khoảng thời gian khác nhau

3 Khảo sát mức độ hư hại cũng như bong tách, nứt bề mặt của khung BTCT dưới tác dụng của lửa

4 Thực hiện thí nghiệm gia tải ngang tuần hoàn cho khung BTCT bị cháy

5 Khảo sát thực nghiệm khả năng chịu lực của khung bê tông cốt thép bị cháy và chịu tác dụng của tải trọng ngang tuần hoàn

6 So sánh và đánh giá quan hệ lực – chuyển vị ngang của khung bê tông cốt thép bị

cháy chịu tải trọng ngang tuần hoàn và khung BTCT không bị cháy chịu tải đơn

III NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 03/08/2020

IV HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS Cao Văn Vui

PGS.TS Cao Văn Vui

TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

(Họ tên và chữ ký)

LỜI CẢM ƠN

Luận văn thạc sĩ Xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp nằm trong hệ thống bài luận cuối khóa nhằm trang bị cho học viên cao học khả năng tự nghiên cứu, biết cách giải quyết những vấn đề cụ thể đặt ra trong thực tế xây dựng Đó là trách nhiệm và niềm tự hào của mỗi học viên cao học

Để hoàn thành luận văn này, ngoài sự cố gắng và nỗ lực của bản thân, tôi đã nhận được sự giúp đỡ nhiều từ tập thể và các cá nhân Tôi xin ghi nhận và tỏ lòng biết

ơn tới tập thể và các cá nhân đã dành cho tôi sự giúp đỡ quý báu đó

Đầu tiên tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy PGS.TS Cao Văn Vui Thầy đã đưa ra gợi ý đầu tiên để hình thành nên ý tưởng của đề tài, góp ý cho tôi rất nhiều về cách nhận định đúng đắn trong những vấn đề nghiên cứu, cách tiếp cận nghiên cứu hiệu quả

Tôi xin chân thành cảm ơn quý Thầy Cô Khoa Kỹ thuật Xây dựng, trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM đã truyền dạy những kiến thức quý giá cho tôi, đó cũng là những kiến thức không thể thiếu trên con đường nghiên cứu khoa học và sự nghiệp của tôi sau này

Luận văn thạc sĩ đã hoàn thành trong thời gian quy định với sự nỗ lực của bản thân, tuy nhiên không thể không có những thiếu sót Kính mong quý Thầy Cô chỉ dẫn thêm để tôi bổ sung những kiến thức và hoàn thiện bản thân mình hơn

Xin trân trọng cảm ơn

Tp HCM, ngày tháng năm 2020

NGUYỄN HẢI LÝ

TÓM TẮT

Luận văn này trình bày kết quả nghiên cứu thực nghiệm ứng xử của khung

bê tông cốt thép (BTCT) bị cháy chịu tải trọng ngang tuần hoàn Thí nghiệm được thực hiện trên 3 khung BTCT tỷ lệ thực Trong đó, 01 khung BTCT không bị cháy được sử dụng làm khung đối chứng và 02 khung BTCT bị cháy trong thời gian lần lượt là 45 phút và 75 phút Khung không bị đốt cháy chịu tác dụng của tải đơn và 2 khung bị cháy sẽ chịu tác dụng tải trọng ngang tuần hoàn cho tới khi bị phá hoại Kết quả thí nghiệm cho thấy rằng, sự phát triển của các vết nứt và bong tróc bề mặt không những phụ thuộc vào thời gian cháy mà còn phụ thuộc vào nhiệt độ cháy Khả năng chịu tải của khung bị cháy giảm khoảng 50% so với khung không bị cháy Điều này một phần là do ảnh hưởng của lửa và tải chu kỳ Tải chu kỳ đã làm suy giảm đáng

kể khả năng chịu tải và độ cứng của khung Khả năng chịu tải và độ cứng suy giảm mạnh ở các vòng lặp sau Dưới tác dụng của tải tuần hoàn, sự phá hủy tập trung ở vị trí khớp dẻo của cột và dầm

ABSTRACT

This thesis presents the experimental results on behaviour of fire exposed reinforced (RC) concrete frames subjected to cyclic lateral loading The experiment was conducted on three full-scale RC frames One of these frames was not exposed to fire to use as control frame while the other two frames were subjected fire with the durations of 45 minutes and 75 minutes The control RC frame was subjected

to monotonic lateral loading and the two fire-exposed RC frames were subjected to cyclic lateral loading to failure The behaviour of the fire-exposed frames were compared with the behaviour of the control frame The experimental results showed that the load-carrying capacity of the fire-exposed RC frames reduced significantly The effects of fire caused cracks and spalling of concrete The degree of crack and spalling depended not only on the fire duration but also the temperature The load-carrying capacity of fire-exposed frames decreased approximately 50% that of the control frame This is partly due to the effect of fire and cyclic loading The strengths and stiffness of fire-exposed frames were decreased as the number of cycles increased The strength and stiffness of the frames significantly decreased in the later cycles Under cyclic loading, the damage occurred at the plastic hinges of beams and columns

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công việc do chính tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn của Thầy Cao Văn Vui

Các kết quả trong Luận văn là đúng sự thật và chưa được công bố ở các nghiên cứu khác

Tôi xin chịu trách nhiệm về công việc thực hiện của mình

Tp HCM, ngày tháng năm 2020

Nguyễn Hải Lý

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU 1

1.1 Lý do thực hiện đề tài 1

1.2 Mục đích nghiên cứu 2

1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3

1.4 Ý nghĩa nghiên cứu 3

1.5 Cấu trúc luận văn 3

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN 5

2.1Giới thiệu chung 5

2.2Tình hình nghiên cứu trong nước 9

2.3Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài 10

2.4 Tổng kết 18

CHƯƠNG 3 CHƯƠNG TRÌNH THÍ NGHIỆM 19

3.1 Vật liệu 19

3.1.1 Bê tông 19

3.1.2 Thép xây dựng 20

3.2 Chế tạo khung bê tông cốt thép 21

3.3 Quá trình thi công khung thí nghiệm 27

3.3.1 Xin mặt bằng và dựng lán trại 27

3.3.2 Thi công đà dọc 28

3.3.3 Thi công đà ngang 29

3.3.4 Thi công cột 30

3.3.5 Thi công dầm 32

3.3.6 Thi công bể chứa dầu 33

3.3.7 Lấy mẫu bê tông 35

3.3.8 Lắp dựng hệ bao che khung bê tông 36

3.3.9 Thiết bị thí nghiệm 36

3.4 Thử nghiệm cháy khung bê tông cốt thép 37

3.4.1Chuẩn bị trước khi tiến hành thí nghiệm cháy 37

3.4.2Tiến hành thử nghiệm cháy khung thí nghiệm 40

3.5 Gia tải lên khung thí nghiệm 41

3.5.1 Sơ đồ tính khung gia tải 41

3.5.2 Công tác chuẩn bị trước khi thí nghiệm 42

3.5.3 Quá trình lắp đặt hệ khung gia tải trước khi tiến hành kích tải 45

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 49

4.1 Đường cong nhiệt độ-thời gian cháy 49

4.2 Hư hại của khung bê tông cốt thép sau khi cháy 50

4.2.1 Hư hại của khung thí nghiệm cháy 45 phút 50

4.2.2 Hư hại của khung thí nghiệm cháy 75 phút 51

4.3 Kết quả thí nghiệm gia tải khung không cháy 52

4.4 Kết quả thí nghiệm khung bị cháy chịu tải lặp tuần hoàn 54

4.4.1 Khung bị cháy 45 phút F-45-4 54

4.4.2 Khung bị cháy 75 phút F-75-4 56

4.5 Kết quả lực và chuyển vị 58

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 62

5.1Kết luận 62

5.2Kiến nghị 63

Danh mục tài liệu tham khảo 65

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH

Hình 2.1 Hình ảnh thiệt hại công trình sau hỏa hoạn tòa nhà Caracas 6

Hình 2.2 Hình ảnh thiệt hại công trình sau hỏa hoạn ở thủ đô Tehran, Iran 6

Hình 2.3 Cháy nhà thờ Đức Bà ở Paris 8

Hình 2.4 Hậu quả của các trận động đất 9

Hình 3.1 Vật liệu sử dụng thi công công trình 20

Hình 3.2 Thép Miền Nam CB300 21

Hình 3.3 Chi tiết thép khung thí nghiệm 23

Hình 3.4 Chi tiết mặt bên khung thí nghiệm 24

Hình 3.5 Chi tiết bao che khung thí nghiệm 25

Hình 3.6 Mặt bằng bể chứa 26

Hình 3.7 Mặt bằng khu vực thí nghiệm 27

Hình 3.8 Quá trình dựng lán trại 27

Hình 3.9 Định vị mặt bằng, gia công lắp dựng cốp pha, cốt thép, đổ bê tông đà dọc 29 Hình 3.10 Quá trình thi công đà ngang 30

Hình 3.11 Chi tiết nối thép chân cột 30

Hình 3.12 Quá trình thi công gia công lắp dựng cốp pha, cốt thép và đổ bê tông cột 32 Hình 3.13 Quá trình thi công gia công lắp dựng cốp pha, cốt thép và đổ bê tông dầm trên 33

Hình 3.14 Xây tường thành chứa dầu 34

Hình 3.15 Trát tường thành bể chứa dầu, láng vữa đáy bể chứa dầu 34

Hình 3.16 Quét chống thấm đáy bể chứa dầu 35

Hình 3.17 Lấy mẫu bê tông 35

Hình 3.18 Lắp dựng hệ bao che trước khi đốt 36

Hình 3.19 Các thiết bị sử dụng dùng để thí nghiệm 37

Hình 3.20 Mô hình thí nghiệm tính toán lượng dầu có kích thước 500×1000 mm 38

Hình 3.21 Hình đánh dấu số hiệu lên khung thí nghiệm 38

Hình 3.22 Hình vận chuyển củi vào khung thí nghiệm 39

Hình 3.23 Đang chất củi vào trong khung chuẩn bị thử nghiệm cháy 39

Hình 3.24 Hình lúc mới thử nghiệm cháy khung 40

Hình 3.25 Đo nhiệt độ và đám cháy bao chùm các khung 41

Hình 3 26 Sơ đồ tính khung gia tải 41

Hình 3 27 Nội lực khung gia tải 42

Hình 3.28 Chi tiết gia tải khung bê tông cốt thép 44

Hình 3.29 Hình lắp kích thủy lực vào khung gia tải 46

Hình 3.30 Quá trình gia tải khung bê tông cốt thép F-0 47

Hình 3.31 Biểu đồ tải trọng ngang tuần hoàn 48

Hình 4.1 Đường cong nhiệt độ - thời gian của khung thí nghiệm cháy F-45-4 49

Hình 4.2 Đường cong nhiệt độ - thời gian của khung thí nghiệm cháy F-75-4 50

Hình 4.3 Hình khung thí nghiệm sau khi cháy 45 phút 51

Hình 4.4 Bề mặt cột dầm sau khi đốt trong thời gian 75 phút 52

Hình 4.5 Khung F-0 không bị đốt sau khi gia tải 52

Hình 4.6 Các phá hoại trực quan bên ngoài dầm và cột khung không bị đốt cháy 54

Hình 4.7 Các vết nứt ở chân cột khung F-45-4 55

Hình 4.8 Các vị trí vết nứt trên dầm khung F-45-4 55

Hình 4.9 Các vết nứt ở chân cột khung F-75-4 56

Hình 4.10 Các vết nứt trên dầm khung F-75-4 57

Hình 4.11 Biểu diễn đường cong của lực và chuyển vị của khung F-0 58

Hình 4.12 Biểu diễn đường cong của lực và chuyển vị của khung F-45-4 59

Hình 4.13 Biểu diễn đường cong của lực và chuyển vị của khung F-75-4 60

Hình 4.14 Biểu diễn đường bao lực và chuyển vị khung F-45-4 và khung F-75-4 60

CHƯƠNG 1

MỞ ĐẦU 1.1 Lý do thực hiện đề tài

Hỏa hoạn là một trong những nỗi lo lớn nhất hiện nay của cộng đồng Trong những năm vừa qua, nhiều vụ hỏa hoạn lớn ở các công trình đã xảy ra trong nước và trên thế giới Năm 2015, một tòa chung cư tại Manhattan, New York (Mỹ) đã đổ sập sau khi bị cháy khiến 4 người nguy kịch và ít nhất 9 người khác bị thương Năm 2016,

vụ hỏa hoạn đã thiêu rụi bảo tàng lịch sử tự nhiên quốc gia ở Ấn Độ Đám cháy đã thiêu rụi nhiều hiện vật quý và gây sụp đổ hoàn toàn công trình Năm 2018 một đám cháy xảy ra tại trung tâm Sao Paulo, thành phố lớn nhất Brazil, đám cháy lan ra tất cả các tầng và sau đó tòa nhà sập đổ hoàn toàn Riêng đối với ở Việt Nam gần đây có nhiều vụ cháy lớn như cháy chung cư CT4 – KĐT Xa La Hà Đông, đây là vụ cháy chung cư cực lớn xảy ra vào chiều ngày 13/10/2015 tại tầng hầm của chung cư Vụ cháy khiến 10 người bị thương, thiêu cháy 45 xe đạp và 200 xe máy bị hư hỏng Năm

2016 cháy chung cư No1B Linh Đàm đám cháy nhanh chóng được dập tắt, lực lượng chức năng đã kịp thời hướng dẫn và hỗ trợ người dân thoát ra an toàn nên không có thương vong Năm 2017 cháy chung cư Phùng Hưng khiến nhiều cư dân một phen hốt hoảng, một số vật dụng trong nhà bị thiêu rụi Năm 2018 một vụ cháy lớn ở chung cư Carina Plaza, vụ cháy này đã làm chết 13 người và nhiều người bị thương Gần đây nhất vụ cháy Hội trường Cung văn hóa hữu nghị Việt Xô (Hà Nội) cháy Cột khói bốc lên nghi ngút, toàn bộ mái vòm sân khấu chính bị sập Cũng trong năm 2019 vụ hoả hoạn xảy ra tại một công ty trong KCN Việt Hương không có thiệt hại về người nhưng khu nhà xưởng, nhà kho rộng hơn 2.000 m2 bị lửa thiêu rụi, thiệt hại về tài sản ước tính khoảng 30 tỉ đồng

Sau hỏa hoạn thì khả năng chịu lực của kết cấu bị giảm, khả năng chịu tải động đất của kết cấu cũng là một vấn đề cần quan tâm, thiệt hại khi động đất xảy ra ảnh hưởng rất lớn đến công trình Trong lịch sử, có nhiều trận động đất lớn gây thiệt hại về tính mạng và tài sản con người ví dụ như một số công trình sau Năm 1556, Một trận động đất mạnh 8 độ Richter xảy ra tại thành phố Thiểm Tây (Trung Quốc) Đây được coi là trận động đất khủng khiếp nhất thế giới khi có 833.000 người thiệt mạng và một

khu vực rộng 840 km2 bị phá hủy Tường thành bị sụp đổ, nhà cửa bị sập và đất

đá sạt lở nghiêm trọng Năm 1868, một trận động đất mạnh 9 độ Richter xảy ra ở tỉnh Arica, Peru phá hủy toàn bộ thành phố Arequipa khiến 25.000 người thiệt mạng Sau cơn địa chấn, những đợt sóng thần cao 16 m đã ập vào bờ biển Năm 1908, trận động đất mạnh 7,5 độ Richter kéo theo sóng thần cao 12 m xảy ra ở dải Messina ngăn cách Sicily và Calabria của Italy khiến 80.000 người thiệt mạng và hàng chục thị trấn bị phá hủy Năm 2016, tại khu vực Arequipa, miền Nam Peru xảy ra trận động đất mạnh 7,9

độ Richter với tâm chấn cách thành phố Chivay, thủ phủ tỉnh Caylloma 10 km khiến

337 người thiệt mạng và 1.000 người bị thương Năm 2017, xảy ra trận động đất có cường độ 7,1 Richter gây đổ nát ở khu vực trung tâm và phía Nam thủ đô Mexico Tâm chấn nằm ở độ sâu 51 km tại bang Puebla, miền trung Mexico Giới chức Mexico cho biết tính đến thời điểm hiện tại số người thiệt mạng trong trận động đất tại nước này đã tăng lên 248 người, trong đó hơn một nửa là ở thủ đô Mexico City

Khung bê tông cốt thép là kết cấu chịu lực chính của công trình, do đó nghiên cứu sự ảnh hưởng khả năng chịu lực của khung sau khi bi tác dụng của đám cháy và tải trọng ngang tuần hoàn là nghiên cứu rất cần thiết Khi bị tác dụng cùa đám cháy và tải trọng ngang tuần hoàn làm ảnh hưởng lớn đến tính chất cơ lý và cường độ của khung làm suy giảm khả năng chịu lực của tòa nhà

Để có thể sử dụng lại công trình sau khi cháy và động đất thì việc đánh giá khả năng chịu lực còn lại của công trình là việc hết sức cần thiết Để đánh giá được khả năng chịu lực còn lại của công trình thì việc thực hiện đề tài một phần sẽ làm sáng tỏ khả năng chịu lực của khung bê tông cốt thép sau khi bị cháy và bị tác dụng của tải trọng ngang tuần hoàn

1.2 Mục đích nghiên cứu

Trong phạm vi nghiên cứu của luận văn này chỉ nghiên cứu ứng xử của khung

bê tông cốt thép (BTCT) bị cháy trong các khoảng thời gian khác nhau Khung BTCT không bị cháy chịu tác dụng của tải đơn và khung BTCT bị cháy chịu tác dụng của tải trọng ngang tuần hoàn Từ kết quả thí nghiệm có thể đánh giá được khả năng chịu lực

và chuyển vị của khung BTCT bị cháy chịu tác dụng của tải ngang tuần hoàn Ngoài

ra, khả năng chịu lực và chuyển vị của các khung BTCT bị cháy còn được so sánh với

khung BTCT không bị cháy chịu tác dụng của tải đơn nhằm thấy được sự suy giảm các đặc trưng chịu lực do lửa và do tải tuần hoàn gây ra

1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu: khung BTCT tỷ lệ thực bị cháy với thời gian khác nhau

và chịu tác dụng của tải trọng ngang tuần hoàn

và xây mới công trình

Từ kết quả thu được sau khi thí nghiệm, sẽ cho những dẫn chứng, con số cụ thể

rõ ràng hơn để từ đó có thể phát triển những đề tài mới sau này

1.5 Cấu trúc luận văn

Nội dung của luận văn được trình bày như sau:

Chương 1: Giới thiệu về tình hình hỏa hoạn xảy ra trong nước và trên thế giới

và ảnh hưởng của hỏa hoạn đối với các kết cấu trong công trình song song đó những ảnh hưởng của các trận động đất trong nước và thế giới cũng được giới thiệu và sự ảnh hưởng đến kết cấu của các trận động đất Từ đó nêu lên lý do thực hiện đề tài, đối tượng nghiên cứu, mục đích nghiên cứu và ý nghĩa khoa học, ý nghĩa thực tiễn

Chương 2: Giới thiệu tổng quan tình hình hỏa hoạn và động đất ở các công trình trong nước và thế giới Trình bày các nghiên cứu của các tác giả trong và ngoài nước

về các vấn đề liên quan đến đề tài nghiên cứu, từ đó rút ra được các kết luận từ những nghiên cứu của các tác giả

Chương 3: Chương trình thí nghiệm khung bê tông cốt thép, thí nghiệm khung

bị cháy và không bị cháy Giới thiệu vật liệu sử dụng để xây dựng khung thí nghiệm, các thiết bị sử dụng trong quá trình thử nghiệm, đặc điểm hình học và cấu tạo của các cấu kiện trong khung thí nghiệm, quy trình thi công xây dựng khung thí nghiệm, quy trình đốt và gia tải lên khung thí nghiệm

Chương 4: Sau khi thực hiện thí nghiệm đốt cháy khung bê tông cốt thép tiến hành quan sát bằng trực quan để thu thập các số liệu về ảnh hưởng bên ngoài bề mặt cấu kiện của khung bê tông cốt thép và thu thập số liệu sau khi nén tải, ghi nhận bằng trực quan các hình ảnh phá hoại các cấu kiện của khung bê tông cốt thép và từ các kết quả số liệu về quan hệ giữa tải trọng và chuyển vị của khung bê tông cốt thép tiến hành phân tích kết quả và đưa ra kết luận

Chương 5: Kết luận và kiến nghị Từ các kết quả thí nghiệm ở trên đưa ra những kết luận có ý nghĩa về khoa học và ý nghĩa thực tiễn và đưa ra các kiến nghị

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN

2.1 Giới thiệu chung

Hỏa hoạn là một trong những vấn đề lớn gây thiệt hại lớn về kinh tế và đời sống

xã hội ở hầu hết mọi quốc gia Tại thành phố Hồ Chí Minh trong những năm qua có nhiều vụ cháy xảy ra, điển hình là vụ cháy ở ITC (60 người chết, thiệt hại kinh tế 32 tỉ đồng) Ở châu âu, những thiệt hại do vụ hỏa hoạn năm 1999 trong đường hầm qua núi Mont Blanc (39 người chết, 3 năm đóng cửa khắc phục hậu quả và ước tính thiệt hại kinh tế 450 triệu euro) hay như vụ hỏa hoạn trong đường hầm qua eo biển Manche năm 1996 (thời gian đóng cửa để khắc phục 6 tháng, thiệt hại ước tính 300 triệu euro) Năm 2000, một đám cháy lớn phát sinh trong tháp truyền hình Ostankino Matxcơva

Vị trí của đám cháy là ở độ cao 460 m Toàn bộ 3 tầng lầu bị cháy hoàn toàn Hình 2.1

là hình ảnh phá hủy kết cấu sau hỏa hoạn tòa nhà Caracas Năm 2004 cháy tòa nhà 56 tầng ở Caracas, thủ đô Venezuela, đám cháy diễn ra trong hàng chục giờ và lan khắp

26 tầng, chạm đến mái tòa nhà gây phá hủy nhiều bộ phận kết cấu Năm 2017 cao ốc

27 tầng ở London bị cháy, đám cháy đã lan ra hết 27 tầng và có nguy cơ sụp đổ Hình 2.2 là hình ảnh thiệt hại công trình sau hỏa hoạn ở thủ đô Tehran, Iran Năm

2017 trung tâm mua sắm lớn ở thủ đô Tehran, Iran bị cháy, ngọn lửa bùng lên từ tầng

9 của tòa nhà 17 tầng Plasco, tòa nhà chỉ còn là đống đổ nát sau khi bị đổ sập sau hỏa hoạn

Những tác động của hỏa hoạn có thể nhận thấy rõ như trong hình minh họa dưới đây, sự phá hoại các thành phần kết cấu bê tông của tòa nhà 56 tầng ở Caracas, thủ đô Venezuela và trung tâm mua sắm lớn ở thủ đô Tehran, Iran

Hình 2.1 Hình ảnh thiệt hại công trình sau hỏa hoạn tòa nhà Caracas

Hình 2.2 Hình ảnh thiệt hại công trình sau hỏa hoạn ở thủ đô Tehran, Iran

Gần đây nhất là công trình nổi tiếng của thế giới nhà thờ Đức Bà ở Paris bị bốc

cháy và sự phá hoại của kết cấu chúng ta cũng có thể nhìn thấy rõ như hình 2.3 Sự cố

cháy xảy ra trong các công trình nhà có thể ảnh hưởng với các mức độ khác nhau đến kết cấu chịu lực và các bộ phận kiến trúc công trình Về mặt kết cấu để có thể đưa quyết định về việc sử dụng lại, cần tiến hành khảo sát và đánh giá hiện trạng hư hỏng của công trình một cách khoa học và có hệ thống

Mức độ hư hỏng của công trình hay ảnh hưởng của đám cháy đối với nó có thể phụ thuộc vào một vài yếu tố, trong đó có: đặc điểm của tải trọng cháy, loại kết cấu chịu lực, các đặc điểm về hình học và điều kiện thông gió của căn phòng hoặc khu vực

bị cháy, thời gian kéo dài của đám cháy, và sự có mặt của lực lượng phòng cháy, chữa cháy…

Tùy vào từng điều kiện của mỗi công trình cụ thể, công tác khảo sát sẽ có quy

mô và các nội dung công việc khác nhau Trước tình hình sự cố hỏa hoạn trên thế giới cũng như trong nước hiện nay như năm vừa qua nhiều chung cư và khách sạn ở TP

Hồ Chí Minh và thủ đô Hà Nội bị cháy Nhiều cuộc hội thảo về kiểm định công trình sau cháy như cuộc hội thảo Hội thảo khoa học "Kiểm định công trình sau cháy" và Hội nghị Mạng kiểm định chất lượng công trình xây dựng Việt Nam - khu vực phía Bắc

Việc khắc phục công trình hỏa hoạn là yêu cầu cấp bách, cần tiến độ nhanh để giảm các tổn thất cho chủ đầu tư Để kiểm định đánh giá chất lượng công trình sau hỏa hoạn, kỹ sư kiểm định cần nghiên cứu sự thay đổi tính chất cơ lý của vật liệu, thay đổi màu sắc bên ngoài, các hư hỏng của vật liệu ứng với các nhiệt độ khác nhau, qua đó có thể xác định nhiệt độ cháy tác động lên kết cấu và có thể đánh giá sự suy giảm vật liệu sau khi cháy Các nghiên cứu quy luật hư hỏng của vật liệu khi chịu tác động của nhiệt

độ và kinh nghiệm khảo sát nhiều công trình bị hỏa hoạn, nhận thấy việc kiểm định kết cấu bằng cách quan sát đánh giá các hư hỏng, các biểu hiện bên ngoài của kết cấu và phân vùng ảnh hưởng có thể đánh giá tương đối chính xác hiện trạng để có biện pháp

xử lý kết cấu thích hợp Một số trường hợp cần khảo sát chi tiết về chỉ tiêu cơ lý, hóa học của vật liệu để có thêm số liệu đánh giá hiện trạng và đề ra biện pháp xử lý kết cấu

Kết cấu bê tông cốt thép ngày càng được sử dụng rộng rãi trong các công trình xây dựng do ưu điểm chịu lực tốt phù hợp để xây dựng các công trình cao tầng, các công trình vượt nhịp lớn Kết cấu bê tông cốt thép còn có một ưu điểm so với kết cấu thép là khả năng chịu cháy cao hơn do có bê tông truyền nhiệt chậm Tuy nhiên, việc

tính toán kết cấu bê tông cốt thép trong điều kiện cháy phức tạp hơn so với kết cấu thép và kết cấu bê tông Việc đưa ra các chỉ dẫn tính toán liên quan đến khả năng chịu cháy của kết cấu bê tông cốt thép vẫn còn là một hướng ngỏ, cần nhiều nghiên cứu chuyên sâu

Hệ thống quy chuẩn và tiêu chuẩn Việt Nam mới có chỉ dẫn thí nghiệm xác định giới hạn chịu lửa của kết cấu mà chưa đề cập đến việc phân tích kết cấu trong điều kiện cháy Hiện nay các nghiên cứu trong nước và trên thế giới chỉ nghiên cứu về ứng xử của từng loại cấu kiện riêng biệt, ứng xử của kết cấu liên hợp chịu cháy, vật liệu chống cháy

Hình 2.3 Cháy nhà thờ Đức Bà ở Paris

Ngoài vấn đề bị hỏa hoạn công trình bị động đất cũng là vấn đề cần quan tâm

hiện nay trên thế giới Trong quá khứ, thế giới đã đối diện với những trận động đất hủy

diệt với cường độ địa chấn rất lớn (hơn 8.0 độ Richter) và gần đây nhất là trận động đất Tohoko tại miền Bắc Nhật Bản vào năm 2011, với cường độ địa chấn lên đến 9.1

độ Richter đã gây ra sóng thần, lở đất ở nhiều nơi Số người thiệt mạng do trận động đất lên đến hơn 15.000, hơn 6.000 người bị thương, hơn 125.000 công trình nhà ở bị

hư hại hoặc phá hủy hoàn toàn Một trận động đất khác cũng có cường độ tương tự đó

là trận động đất xảy ra ở hòn đảo Sumatra thuộc Indonesia vào năm 2004 Trận động đất đã dẫn đến một trận sóng thần dữ dội tác động đến 12 nước xung quanh biển Ấn

Độ Dương Số người thiệt mạng được đưa ra là hơn 131.000 người, hơn 37.000 người

bị mất tích, 80.000 ngôi nhà bị hư hại nặng nề hoặc bị phá hủy hoàn toàn…

Hình 2.4 Hậu quả của các trận động đất

2.2 Tình hình nghiên cứu trong nước

Ở Việt Nam, nghiên cứu về kết cấu trong điều kiện cháy còn hạn chế Chỉ có một số công bố liên quan đến kết cấu công trình trong điều kiện cháy như sau

Vào năm 2017, Hoàng Anh Giang [1] nghiên cứu dầm bê tông cốt thép chịu tác động của lửa – lựa chọn phần tử cho mô hình nhiệt học trong Ansys Trong bài viết này tác giả thí nghiệm mô hình thực tế và mô phỏng bằng mô hình trên phần mềm Ansys Trước tiên một khung bê tông cốt thép toàn khối với cấu kiện dầm kích thước tiết diện 200×350 mm và cột có có tiết diện 200×250 mm Chiều dài phần tiếp xúc với lửa là 2900 mm Mẫu được thí nghiệm cháy trong hệ thống lò đốt Trong quá trình thí nghiệm, dầm và cột chịu tác động đồng thời của lực và nhiệt độ theo tiêu chuẩn theo ISO 834:1999 trong khoảng thời gian 120 phút với nhiệt độ lên đến 12000C Các thông

số nhiệt độ môi trường, phân bố nhiệt độ trên các tiết diện dầm và cột, sự xuất hiện và phát triển của các vết nứt, diễn biến độ võng của dầm, chuyển dịch của nút đầu cột,…)

đã được ghi nhận

Sau đó một mô hình được mô phỏng bằng phần mềm Ansys được đưa ra theo hai cách tiếp cận khác nhau là truyền nhiệt qua bề mặt hiệu ứng nhiệt và truyền trực tiếp vào nút Quá trình phân tích về nhiệt độ được thực hiện theo cách có thay đổi các tính chất vật liệu theo nhiệt độ Khi phân tích nhiệt độ theo cách truyền nhiệt qua phần

tử hiệu ứng bề mặt, hệ số truyền nhiệt đối lưu trong không khí được lấy là 25 W/(m2K) Các kết quả phân tích được trích xuất và trình bày dưới dạng biểu đồ phân

bố nhiệt trên toàn tiết diện và trị số nhiệt độ của các thớ khác nhau theo chiều cao và tại giữa bề rộng của tiết diện, đây là vị trí tương ứng có đặt các cụm đầu đo nhiệt độ trong cấu kiện dầm của mẫu được thử nghiệm

Các kết quả nghiên cứu trình bày trong bài báo này cho thấy, đối với bài toán phân tích nhiệt độ bằng APDL 18.1 mà tải trọng nhiệt là đường nhiệt độ - thời gian được kiểm soát hoặc căn cứ vào các đầu đo nhiệt độ dạng tấm thì phương án áp dụng trực tiếp các giá trị nhiệt độ của đường nhiệt độ - thời gian vào các nút nằm trên các bề mặt lộ lửa của mô hình PTHH sẽ cho kết quả sát nhất với kết quả đo được trên các mẫu tương ứng được thử nghiệm đốt trong thực tế

2.3 Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài

Năm 2001, Cooke [2] nghiên cứu ứng xử của tấm bê tông đúc sẵn bị cháy theo tiêu chuẩn hydrocarbonNPD Nghiên cứu này định lượng các tác động nhiệt của

14 tấm sàn bê tông cốt thép đúc sẵn nhịp 4,5 m và chiều rộng 900 mm tiếp xúc với hai

hệ thống đốt nóng tiêu chuẩn các chế độ được sử dụng trong các thử nghiệm lò kháng cháy Các thí nghiệm được thiết kế nhằm đánh giá ảnh hưởng độ dày của tấm, loại bê tông, tải trọng áp đặt, bề mặt lớp bảo vệ xuất hiện độ lệch uốn và chuyển động dọc trục của bản sàn Chuyển vị đo được cho thấy trong thời gian thiết kế 90 phút, khả năng chịu nhiệt là chủ yếu và ảnh hưởng đến độ lệch của việc áp đặt thiết kế trực tiếp tải trọng 1,5 kN / m là rất nhỏ Các hydrocarbon NPD cháy sáng gây ra sự nhân đôi của

độ lệch uốn đạt được khi sử dụng tiêu chuẩn BS 476

Vào năm 2006, Husem [3] nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ cao đến cường

độ nén và uốn bê tông thường và cường độ cao Cường độ nén và uốn của bê tông tiếp xúc với nhiệt độ cao (200, 400, 600, 800 và 10000C) và được làm nguội khác nhau (trong không khí và nước) Cường độ nén và uốn của các mẫu bê tông này được so sánh với nhau và sau đó được so sánh với các mẫu không được nung nóng Mặt khác,

các đường cong tổn thất cường độ của các mẫu bê tông này được so sánh với các đường cong tổn thất cường độ được đưa ra trước đó Kết quả thí nghiệm chỉ ra rằng cường độ bê tông giảm khi nhiệt độ tăng và cường độ giảm của bê tông thường nhiều hơn so với cường độ bê tông cường độ cao Phương pháp làm nguội ảnh hưởng đến cường độ nén và uốn còn lại, cường độ rõ rệt hơn khi nhiệt độ tăng Đường cong tổn thất cường độ thu được từ nghiên cứu này phù hợp với đường cong tổn thất cường độ được đưa ra trong Bộ luật Phần Lan

Năm 2007, Wu và cộng sự [4] đã tiến hành nghiên cứu khả năng kháng cháy của cột bê tông cốt thép tiết diện vuông Một mô hình số để dự đoán khả năng chống cháy của cả hai cột bê tông (NSC) và (HSC) được phát triển Người ta cho rằng các cột

có bốn mặt được tiếp xúc với lửa, có nhiệt độ theo đường cong nhiệt độ tiêu chuẩn ISO834 Nhiệt độ cột được tính bằng phương pháp sai phân hữu hạn (FDM) Chương trình mô phỏng tính toán trên 480 mặt cắt ngang của cột bình thường NSC và 480 cột

bê tông cường độ cao HSC Tác giả mô phỏng các mẫu chịu nhiệt tăng dần từ 0 đến

1400 0C Từ kết quả mô hình phân tích số, tác giả đưa ra kết luận Ảnh hưởng của tiết diện ngang đến khả năng chống cháy của các cột bê tông là đáng kể, và với kích thước tiết diện ngang tăng, khả năng chống cháy của cả hai cột NSC và HSC tăng đáng kể Khả năng chống cháy của các cột HSC nhỏ hơn nhiều so với các cột NSC, do sự nổ bề mặt tiết diện của cột HSC khi nhiệt độ tăng nhanh.Tỷ lệ thép không ảnh hưởng đáng

kể đến khả năng chống cháy của các cột NSC và HSC chịu nén đúng tâm

Năm 2007, Yu và cộng sự [5] nghiên cứu phân tích phi tuyến của các cột SRC chịu lửa Cả hai phương pháp thử nghiệm và số đã được sử dụng để kiểm tra ứng xử của các cột bê tông cốt thép (SRC) phải chịu Mười hai mẫu vật đã được thử nghiệm ở nhiệt độ môi trường xung quanh và nhiệt độ cao Một quy trình đã được phát triển để

dự đoán sự phân bố nhiệt độ và cường độ cuối cùng của các cột SRC phải tuân theo các giả định nhất định Trong quy trình, một phương pháp kết hợp giữa phần tử hữu hạn và sai phân hữu hạn đã được áp dụng để phân tích sự phân bố nhiệt độ và các đặc trưng của các cột SRC dưới tải được dự đoán bởi quy trình cả ở nhiệt độ môi trường và nhiệt độ cao Từ kết quả thử nghiệm và tính toán bằng phương pháp phần tử hữu hạn tác giả kết luận Sự phân phối nhiệt độ, biến dạng, độ lệch từ thực nghiệm và tính toán bằng phương pháp phần tử hữu hạn là tương đương nhau

Năm 2008, Jau và Huang [6] nghiên cứu về ứng xử của các cột biên trong khung kết cấu sau khi chịu cháy Thí nghiệm được tiến hành trên 6 mẫu, tiết diện tất cả các mẫu 300×450 mm, trong đó 3 mẫu sử dụng thép dọc 4Φ25 mm, 3 mẫu sử dụng 4Φ32 mm và tăng dần độ dày lớp bê tông bảo vệ lần lượt là 50 mm, 60 mm, 70 mm Các mẫu được đốt trong lò ở thời gian là 2 giờ và 4 giờ Sau đó tiến hành thí nghiệm nén các mẫu, từ đó đưa ra kết luận Cấu tạo cốt thép trong cột có ảnh hưởng khả năng chịu tải của cột, các mẫu cột sử dụng thép Φ25 mm khả năng chịu tải kém hơn cột sử dụng thép Φ32 mm Vết nứt trong cột hình thành khi cháy phụ thuộc vào tỉ lệ thép và

độ dày lớp bê tông bảo vệ Kết quả của nghiên cứu chỉ dừng lại ở mức độ cục bộ, còn ảnh hưởng tổng thể của đám cháy tác dụng lên khung kết cấu chưa được đề cập trong nghiên cứu này

Năm 2009, Chen và cộng sự [7] đã báo cáo một nghiên cứu thực nghiệm về ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc với lửa đối với cột bê tông cốt thép Chín cột bê tông cốt thép có kích thước (45×30×300 cm) với tỉ lệ cốt thép dọc (1,4% và 2,3%) tiếp xúc với nhiệt độ trong 2 và 4 giờ Một tháng sau khi làm nguội, các mẫu thử đã được thử nghiệm nén Kết quả thử nghiệm cho thấy khả năng chịu tải giảm khi tăng thời gian tiếp xúc với nhiệt độ Sự suy giảm khả năng chịu tải này sau khi tăng thời gian tiếp xúc với nhiệt độ có thể bị chậm lại do sự phục hồi cường độ của các thanh cốt thép sau khi làm nguội

Năm 2010, Rodrigues và công sự [8] đã trình bày kết quả của một chương trình nghiên cứu ứng xử của các cột bê tông cốt sợi trong lửa Bốn cột bê tông cốt thép có tiết diện (25×25×300) cm được tiến hành thử nghiệm với tỷ lệ thanh cốt thép trên cột thay đổi và tỷ lệ sợi thép cũng thay đổi tương tự Mục tiêu của nghiên cứu này là nghiên cứu khả năng thay thế các thanh cốt thép dọc trên các cột bê tông bằng các sợi thép Các sợi polypropylene cũng được sử dụng trên bê tông để tăng cường chống cháy và tránh bị vỡ bê tông Sợi Polypropylene dưới tác dụng của lửa sẽ tạo ra một mạng lưới để thoát hơi nước Từ các kết quả thí nghiệm tác giả kết luận

Việc sử dụng sợi polypropylene và thép trong bê tông cải thiện ứng xử của các cột trong lửa Vì vậy, việc sử dụng các sợi polypropylene có thể kiểm soát sự sụp đổ của bê tông trong khi các sợi thép có độ dẻo cao sau khi nứt bê tông Việc thay thế thanh cốt thép bằng sợi thép có thể lên đến một mức nhất định nhưng khả năng chống cháy của cột bắt đầu giảm Nói cách khác, cột luôn cần một lượng cốt thép nhất định

để chống cháy Do đó, việc thay thế thanh cốt thép bằng sợi thép không phải là một giải pháp tốt

Năm 2014, Fathi và Farhang [9] nghiên cứu sự ảnh hưởng của tải trọng tuần hoàn lên bê tông tự đầm nóng Nghiên cứu thực nghiệm này xem xét ảnh hưởng của tải trọng theo chu kỳ lên bê tông tự đầm nóng (SCC) Một trăm tám mươi mẫu vật hình trụ tiêu chuẩn và một trăm tám mươi mẫu vật khối thử nghiệm Cường độ nén của mẫu bê tông nằm trong phạm vi bình thường với cường độ 25,35 và 45 MPa Tốc độ thử nghiệm nằm trong phạm vi bán tĩnh Tải theo chu kỳ được áp đặt trong diện tích nén Các mẫu bê tông được gia nhiệt đến 230C, 1000C, 2000C, 4000C, 6000C và 8000C

và sau đó được tiếp xúc với tải nén đơn điệu hoặc tải tuần hoàn Cường độ nén và ứng

xử (SCC) theo tải trọng tuần hoàn và đơn điệu trước và sau khi sưởi ấm được so sánh Kết quả cho thấy bê tông nóng có độ nén thấp hơn Bê tông nóng thể hiện nhiều biến dạng trong tải tuần hoàn Phát triển các vết nứt trong tất cả các mẫu được gia nhiệt và không nung theo tải chu kỳ là khác nhau

Năm 2015, Praveen và cộng sự [10] thử lửa toàn diện trên khung bê tông cốt thép bị hư hại do động đất Nghiên cứu khung thử nghiệm bao gồm hệ cột dầm sàn với kích thước cột 300×300 dài 4000 mm, tấm sàn dày 120 mm Chân cột được cố định bằng cách liên kết bốn cột vào móng bè có kích thước 6750×8550×900 mm Khung tòa nhà được thiết kế theo các khuyến nghị của Tiêu chuẩn Ấn Độ có liên quan và được đốt cháy ở nhiệt độ 600 - 80000C Mục đích của nghiên cứu này là để thực hiện một loạt các thử nghiệm tải toàn bộ trên một trận động đất, khung bê tông cốt thép bị

hư hại sau đó khi tiếp xúc với lửa Tải tuần hoàn được hình thành dưới dạng một quy trình thử nghiệm ba giai đoạn tải trọng động đất mô phỏng được giãm nhẹ bởi các tải trọng ngang tĩnh theo chu kỳ; tiếp theo là một đám cháy và cuối cùng bằng cách chịu tác động của trận động đất và hỏa hoạn vào tải trọng đẩy đơn điệu để đánh giá khả năng còn lại của nó Khung bê tông cốt thép được trang bị với nhiều cảm biến, bao gồm cặp nhiệt điện, đồng hồ đo biến dạng, đầu dò vi sai biến tuyến tính (LVDT) và cảm biến áp suất Một cơ sở dữ liệu lớn về kết quả bao gồm các cấu hình nhiệt độ, chuyển vị và biến dạng đã được tạo ra và các quan sát nổi bật đã được thực hiện trong mỗi giai đoạn tải

Năm 2015, S.Sinaie và cộng sự [11] đã có một nghiên cứu về ảnh hưởng của kích thước đến đặc trưng của mẫu bê tông hình trụ theo tải chu kỳ Mục đích của nghiên cứu này là xác định ảnh hưởng kích thước của mẫu bê tông với khả năng chịu tải tuần hoàn Với mục đích này, các mẫu bê tông cường độ bình thường được đúc trong 9 loại kích thước khác nhau và thử nghiệm dưới tải chu kỳ kiểm soát biến dạng Với 9 kích cỡ tạo thành với đường kính và tỷ lệ khác nhau, ảnh hưởng của kích thước đến ứng suất cực đại và biến dạng cực đại được xác định Sau đó, các đường cong biến dạng được sử dụng để đánh giá sự thay đổi của các tham số theo chu kỳ trong các khoản của đường kính và tỷ lệ của mẫu Kết quả nghiên cứu này cho thấy đường kính

và tỷ lệ của mẫu có ảnh hưởng lớn nhất đến cường độ tải lại và tiếp tuyến tải lại của đặc trưng tải tuần hoàn

Năm 2016, S.Sinaie và cộng sự [12] nghiên cứu ảnh hưởng của thiệt hại theo chu kỳ gây ra lên các tính chất cơ học của bê tông tiếp xúc với nhiệt độ cao Nghiên cứu này điều tra ảnh hưởng của việc tiếp xúc với nhiệt độ mẫu bê tông đã bị tải chu kỳ trước Với mục đích này, các mẫu hình trụ đã được đúc và thử nghiệm qua 3 giai đoạn Giai đoạn 1 bao gồm các mẫu để tải theo chu kỳ Trong giai đoạn 2, các mẫu bị hỏng

đã tiếp xúc với nhiệt độ mục tiêu trong 60 phút và sau đó để nguội từ từ xuống Giai đoạn 3 là giai đoạn cuối, trong đó các tính chất còn lại của các mẫu bị hư hại đã đạt được thông qua các thử nghiệm nén Từ đó tác giả kết luận khi nhiệt độ đạt được giá trị cao hơn, hiệu ứng của nó bắt đầu chiếm ưu thế về ảnh hưởng của thiệt hại gây ra trước Ngoài ra, một cách tiếp cận hiệu quả được mô tả cho tái tạo số của các đường cong cường độ cho bất kỳ mức độ thiệt hại và nhiệt độ nhất định

Năm 2017, Shah và cộng sự [13] nghiên cứu thực nghiệm các khung BTCT bị cháy và động đất, nghiên cứu thực hiện trên bốn khung BTCT Một quy trình thử nghiệm mới cho lửa sau trận động đất đã được được phát triển và thử nghiệm trong bài tập hiện tại Một số cảm biến được sử dụng để theo dõi động học và các trường nhiệt trong quá trình thử nghiệm Các kết quả (về các cơ cấu chuyển vị và nhiệt độ) cung cấp thông tin có giá trị về các cấu kiện BTCT bị hư hại do động đất trong lửa trong sự phát triển và phân rã hoàn toàn ở các giai đoạn Nghiên cứu đã điều tra ảnh hưởng của mức độ thiệt hại trước, chi tiết gia cố và khả năng chịu tải của các khung BTCT chịu hỏa hoạn sau động đất Các khung BTCT được thiết kế với độ dẻo chi tiết về cốt thép thể hiện khả năng chịu tải bên tốt hơn trước và sau khi cháy Các mức độ thiệt hại

trước ảnh hưởng đến sự gia tăng nhiệt độ trong các thành phần kết cấu và cũng ảnh hưởng đến sự phá vỡ của các cấu kiện

Năm 2019, Ba và cộng sự [14] nghiên cứu ảnh hưởng của ăn mòn cốt thép đến khả năng chịu tải cháy của dầm bê tông cốt thép Bài viết này trình bày một cuộc điều tra về ảnh hưởng của ăn mòn cốt thép đến khả năng chịu tải cháy của dầm BTCT Năm dầm bê tông cốt thép giống hệt nhau đã được thiết kế và sản xuất, với tổng chiều dài 3800 mm, khoảng cách giữa các dầm 3600 mm, kích thước tiết diện 200×400 mm, bên trong dầm bố trí thép dọc 2Φ18 và 2Φ12 và thép đai Φ8 khoảng cách 100 đến 200 Năm cấu kiện này được thử nghiệm ăn mòn tăng tốc, và thử nghiệm lửa được thực hiện theo tiêu chuẩn ISO 834 Kết quả kiểm tra chỉ ra rằng sự ăn mòn của các thanh thép kéo dẫn đến sự hỏng sớm của dầm bê tông Trong các thử nghiệm cháy, với sự gia tăng của mức độ ăn mòn của thép, độ lệch trung bình của cấu kiện BTCT phát triển nhanh chóng, trong khi khả năng chống cháy rõ ràng giảm Do hệ số chênh lệch nhiệt của không khí cao hơn bê tông, nên vết nứt do ăn mòn làm tăng tốc

độ gia nhiệt của thanh thép bị ăn mòn bên trong bê tông và các vết nứt dọc do tải trọng

có tác động đáng kể đến trường nhiệt độ của vùng chịu kéo dầm Đáng chú ý, ăn mòn cốt thép có thể dẫn đến hỏng giòn trong một số cấu kiện cốt thép cân bằng chịu lửa

Các vết nứt ăn mòn lớn làm tăng tốc độ truyền nhiệt trong bê tông ở nhiệt độ cao Sự xuống cấp liên kết cơ học của cốt thép trong bê tông được tăng tốc bởi các vết nứt do ăn mòn trong đám cháy Các vết nứt dọc gây ra bởi tải trọng uốn có ảnh hưởng lớn đến trường nhiệt độ của bê tông trong vùng ứng suất Nhiệt độ bê tông tăng lên với chiều rộng ngày càng tăng của các vết nứt dọc Tuy nhiên, do tính dẫn nhiệt nhỏ của

bê tông, các vết nứt dọc có ảnh hưởng tương đối nhỏ đến nhiệt độ của bê tông trong vùng nén của dầm BTCT

Năm 2019, Liu và cộng sự [15] đã nghiên cứu kiểm tra tải trọng tuần hoàn và khả năng chịu tải địa chấn của bê tông cốt liệu tái chế cột (RAC) Trong bài báo này, bốn cột bê tông cốt liệu tái chế (RAC) đã được chuẩn bị và thử nghiệm dưới tải tuần hoàn tĩnh bán đảo ngược Ba cấp độ thay thế tổng hợp thô (RAC) tỷ lệ (0%, 50% và 100%) và hai tỷ lệ tải trọng dọc trục (0,15 và 0,35) đã được xem xét để điều tra và phân tích khả năng chịu tải địa chấn của các cột RAC Kết quả kiểm tra chỉ ra rằng quá trình phá hoại của các cột RAC tương tự như các cột bê tông cốt liệu tự nhiên (NAC)

và được trình bày thỏa đáng yêu cầu địa chấn về ứng xử trễ, độ dẻo và khả năng tiêu tán năng lượng Các kết quả cũng cho thấy rằng tỷ lệ thay thế của RAC ảnh hưởng đến địa chấn là rất đáng kể và tỷ lệ tải trục có ảnh hưởng rõ ràng đến khả năng tiêu tán năng lượng và biến dạng cắt của các cột Do đó, tỷ lệ tải trọng trục phải được kiểm soát chặt chẽ trong thiết kế địa chấn Dựa trên kết quả của chương trình thí nghiệm này, kết luận sau đây được rút ra:

Quá trình phá hoại của các cột RAC tương tự như của cột NAC, tất cả bao gồm bốn giai đoạn: giai đoạn nứt, giai đoạn năng suất, giai đoạn cuối cùng và giai đoạn phá hoại Vì vậy, có vẻ như độ dẻo và tiêu tán năng lượng của các cột RAC có thể đáp ứng các yêu cầu địa chấn Xu hướng suy giảm độ cứng của từng mẫu là tương tự, và độ cứng ban đầu của cột NAC là một chút cao hơn các cột khác Nội dung của tái chế thô cốt liệu trong bê tông không có ảnh hưởng rõ ràng đến sự xuống cấp độ cứng Tỷ lệ tải trục cao hơn của cột có thể tăng cường độ cứng một chút nhưng tăng tốc độ suy giảm

độ cứng sau điểm năng suất

Năm 2019, Gaviria và Montejo [16] nghiên cứu tính chất vật lý và động của kết cấu bê tông cốt thép trong quá trình kích thích địa chấn Nghiên cứu này nghiên cứu tính khả thi của việc theo dõi các tính chất động của kết cấu bê tông cốt thép (BTCT) trong khi chịu tải trọng động đất Phương pháp đề xuất thực hiện sơ đồ lọc Kalman không tập trung cập nhật các thuộc tính của mô hình không tham số đơn giản hóa của kết cấu Hiệu chuẩn và xác nhận phương pháp được thực hiện bằng thí nghiệm và dữ liệu mô phỏng từ thử nghiệm cột BTCT có đường kính là 1,22 m với chiều dài đúc hẫng là 7,32 m và một khối bê tông cốt thép 2245 kN ở đỉnh được thực hiện tại NEES Large High Performance bằng bàn lắc ngoài trời Kết quả thu được cho thấy độ dịch chuyển cực đại, độ cứng, tần số, lực cắt và tỷ lệ giảm xóc được theo dõi tốt bởi phương pháp đề xuất ở tất cả các mức chịu tải Tuy nhiên, chuyển vị dư không được chụp do tính chất không kích động của mô hình Mặc dù đơn giản, cách tiếp cận được

đề xuất có vẻ phù hợp để xác định và đánh giá thiệt hại của các kết cấu phi tuyến tính cao thể hiện các phản ứng không cố định, như trường hợp kết cấu BTCT bị ảnh hưởng nghiêm trọng bởi tải trọng động đất

Năm 2019, Saha và cộng sự [17] đã kiểm tra thí nghiệm mối nối cột dầm SCC gia cố bằng đai thường với gia cố bằng đai xoắn hình chữ nhật theo tải chu kỳ Trong

nghiên cứu hiện tại, ảnh hưởng của mối nối cột dầm BTCT với liên kết của cốt đai xoắn hình chữ nhật như cốt thép ngang tải theo chu kỳ được điều tra Ba bộ mẫu vật có tiết diện cột là 120×150 mm với chiều cao 1200 mm và dầm ngang có tiết diện 120×150 mm với tổng chiều dài 690 mm có và không có cốt thép đai xoắn có cường

độ uốn tỷ lệ 1.3, 1.5, 2.0 được kiểm tra theo tải tuần hoàn và sau đó kết quả được phân biệt Các thông số thử nghiệm được xem xét cho nghiên cứu là khả năng chịu tải trễ, suy giảm độ cứng, năng lượng tích lũy tiêu tán và nứt mẫu Các phân tích của nghiên cứu đã dẫn đến kết luận sau đây

Kỹ thuật gia cố đai xoắn được đề xuất là một phương án thay thế sự sắp xếp sẽ thể hiện hiệu suất tuần hoàn lớn hơn dưới tải địa chấn Ngoài ra, bố trí cốt thép cắt được đề xuất có thể được sử dụng như một phương pháp tăng cường cải tiến cho mối nối cột dầm BTCT quan trọng hiện nay Hơn nữa, mức độ thiệt hại của mẫu đai xoắn được giảm hơn mẫu vật tham khảo Khả năng chịu tải của mẫu thử tăng cường đai xoắn đã được tăng lên khi so sánh với mẫu vật thông thường Sự gia tăng này được quan sát thấy ở tất cả các nhóm và với 80 độ mẫu vật nghiêng đã cho thấy cường độ tốt hơn và tăng lần lượt là 21%, 19% & 16% Mẫu vật được tăng cường đai xoắn của tất cả các nhóm với 85 độ nghiêng đã cho thấy giá trị độ cứng cao hơn khi so với mẫu vật thông thường và sự gia tăng của nó là 21%, 20%, & 22% cho tất cả các tỷ lệ cường

độ uốn

Năm 2019, Suwen Chen và cộng sự [18] nghiên cứu thiệt hại của lớp phủ chống cháy xi măng dưới tải phức tạp Trong nghiên cứu này, kết quả từ một loạt các thí nghiệm được trình bày để định lượng thiệt hại trong lớp phủ chống cháy xi măng theo tải chu kỳ Thép tấm kích thước khác nhau được thử nghiệm đầu tiên theo tải chu kỳ, cho thấy thiệt hại lớn hơn các mẫu vật phải chịu tải đơn điệu Một cột thép chịu tải trọng tuần hoàn cùng với một cột khác chịu tải trọng đơn điệu được phủ bằng vật liệu chống cháy xi măng dày 20 mm và được thử nghiệm để kiểm tra mô hình thiệt hại trong một thiết lập thực tế hơn so với tấm thép Các vết nứt ngang kéo trên mặt bích, các vết nứt dọc dọc theo đầu mặt bích, và sự phá vỡ giao thoa của các lớp phủ là các hình thức chính của lớp phủ thiệt hại, xuất hiện với độ lệch thấp hơn so với cột được tải đơn điệu

bê tông cốt thép cũng được xét đến bởi sự ảnh hưởng của chiều dày lớp bê tông bảo

vệ, số lượng các thanh thép và đường kính thanh thép chịu lực Tuy nhiên, các thí nghiệm này chủ yếu được thực hiện trong phòng thí nghiệm nên các cấu kiện chỉ là mô hình thu nhỏ Riêng đối với các nghiên cứu khảo sát thực nghiệm khung bê tông cốt thép tỷ lệ thực được thí nghiệm cháy sau đó cho tác dụng tải trọng ngang tuần hoàn thì còn hạn chế Trong các bài viết nghiên cứu chỉ có một bài viết gần sát với đề tài là nghiên cứu khung bê tông cốt thép chịu tác tác dụng của tải động đất và sau đó cho tiếp xúc với lửa Trên những cơ sở đó, luận văn sẽ làm rõ các vấn đề cần nghiên cứu sau:

- Khảo sát thực nghiệm đốt cháy khung bê tông cốt thép tỷ lệ thực với thời gian cháy khác nhau từ đó đưa ra những nhận định về mức độ hư hại bề mặt khung BTCT dưới tác dụng của lửa và sau đó cho khung BTCT bị cháy chịu tác dụng của tải trọng ngang tuần hoàn

- Nghiên cứu ứng xử của khung BTCT sau quá trình đốt cháy và chịu tải trọng tải trọng ngang tuần hoàn

- Đánh giá khả năng chịu nén và chuyển vị của khung BTCT ở 2 trường hợp: khung đối chứng (không bị đốt cháy) chịu tải đơn, khung bị đốt cháy và chịu tải trọng ngang tuần hoàn

- Đưa ra kết luận về quan hệ của tải trọng – chuyển vị của khung BTCT ở các trường hợp trên

CHƯƠNG 3 CHƯƠNG TRÌNH THÍ NGHIỆM

từ 1,6 -1,8 và loại cát này không có lẫn bùn và tạp chất, liều lượng cát sử dụng cho 1

m3 bê tông là 752 kg Đá sử dụng dùng để đổ bê tông sử dụng đá Tân Cang lấy từ mỏ Đồng Nai Đá được sử dụng là đá có mác tương đương với cấp phối của bê tông Đá

có kích cỡ đồng đều không có tạp chất, liều lượng đá sử dụng cho 1 m3 bê tông là 1170

kg Phụ gia sử dụng phụ gia Sika R7 ngày với hàm lượng 3 lít Nước sử dụng để đổ bê tông sử dụng nước sạch không có tạp chất với liều lượng sử dụng cho 1 m3 bê tông là

Cát sông (kg)

Đá 1x2 (kg)

Phụ gia siêu dẻo Sika (lít)

(a) Đá 1x2 Tân Cang (b) Xi măng Hà Tiên Vicem

(c) Cát Tân Châu (d) Sika hóa dẻo

Hình 3.1 Vật liệu sử dụng thi công công trình

Trong quá trình đổ bê tông các mẫu hình trụ đường kính 150 mm, chiều cao

300 mm được lấy Các mẫu này được bảo dưỡng theo quy định trong tiêu chuẩn cho đến 28 ngày Sau đó tiến hành thí nghiệm nén các mẫu này để xác định cường độ chịu nén Cường độ chịu nén mẫu hình trụ tiêu chuẩn của bê tông ở 28 ngày tuổi là

24,8 MPa

3.1.2 Thép xây dựng

Cốt thép dọc sử dụng để chế tạo khung bê tông cốt thép thí nghiệm là thép Miền Nam CB300 – V Hình 3.2 thể hiện loại thép sử dụng để thi công khung bê tông cốt thép thí nghiệm Thép sử dụng cho công trình là thép Miền Nam CB300 Thép đai sử dụng thép Φ6, thép dọc sử dụng thép Φ14 Các loại thép sử dụng để chế tạo khung thí nghiệm đều được lấy mẫu kiểm tra cường độ trước khi thí nghiệm

Hình 3.2 Thép Miền Nam CB300

Trong quá trình chế tạo khung thí nghiệm mỗi một loại thép được lấy 3 thanh

để thí nghiệm giới hạn chảy Giới hạn chảy của thép sau khi thí nghiệm là là: 335,7 N/mm2

3.2 Chế tạo khung bê tông cốt thép

Từ các bài viết tham khảo trong phần tổng quan làm cơ sở chọn kích thước khung thí nghiệm Hàm lượng cốt thép và cường độ bê tông trong cột và dầm được chọn theo tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông cốt thép 5574-2018 [19] và tiêu chuẩn ACI 318 [20]

Hình 3.3 mô tả khung bê tông cốt thép được chế tạo là khung bê tông cốt thép toàn khối gồm các cấu kiện cấu tạo thành khung như sau Đầu tiên là đà dọc ở dưới cùng, đà dọc này có tiết diện 300×300 mm và chiều dài là 5,3 m, thép dọc sử dụng là 6 Φ14 và thép đai sử dụng là thép đai Φ6a150, đà dọc này có tác dụng chống lật cho khung khi thi công xong cột và dầm trên Tiếp đến là đà ngang, đà ngang có tác dụng cấu tạo thành khung và liên kết với chân cột, đà ngang này có tiết diện 300×400 mm

và có chiều dài 4 m, thép dọc sử dụng là 6Φ14 và thép đai sử dụng Φ6a100 ở vị trí gối

và Φ6a200 ở giữa nhịp Cột có tiết diện 200×250 mm và có chiều dài là 2,94 m, cột sử dụng cốt thép dọc 6Φ14 và thép đai sử dụng Φ6a100 ở vị trí chân cột và đầu cột và ở giữa cột sử dụng thép đai Φ6a180 Trên cùng là đà có tiết diện 200×220 mm và có chiều dài là 3,5 m, thép dọc sử dụng 4Φ14 và thép đai sử dụng Φ6a100 ở vị trí gối và Φ6a200 ở giữa nhịp

Hình 3.4 mô tả chi tiết mặt bên khung thí nghiệm Các khung BTCT thí nghiệm cháy được đặt cách nhau từ tim đến tim là 1 m Tường xây thành bể chứa dầu

xây bằng gạch ống 8×8×19 vữa mác 75, chiều cao tường xây là 0,5 m và chi tiết lớp bê tông lót đáy bể chứa dầu bằng đá mi dày 60 mm

Hình 3.5 mô tả chi tiết bao che khung thí nghiệm trước khi đốt Khung BTCT thí nghiệm cháy được bao che bằng các tấm tole cao 2 m Các tấm tole này liên kết với các thanh gỗ tràm, các thanh gỗ tràm đứng thì được trồng xuống đất cố định còn các thanh gỗ tràm ngang thì liên kết với thanh gỗ tràm đứng bằng đinh và dây thép

Hình 3.6 mô tả chi tiết mặt bằng bể chứa dầu Bể chứa dầu có diện tích 4,9×4,6

m, tường xây bể chứa dầu xây cách tim các khung thí nghiệm 350 mm và tường xây này được xây bao xung quanh 5 khung thí nghiệm để thuận tiện cho quá trình chứa nhiên liêu đốt 5 khung trong cùng 1 thời gian cháy

Hình 3.3 Chi tiết thép khung thí nghiệm

6Ø14

6Ø100 (180)

Hình 3.4 Chi tiết mặt bên khung thí nghiệm

3Ø14 Ø6a150

3Ø14

MC 4-4 TL 1/20 300

Hình 3.5 Chi tiết bao che khung thí nghiệm

Hình 3.6 Mặt bằng bể chứa

3.3 Quá trình thi công khung thí nghiệm

3.3.1 Xin mặt bằng và dựng lán trại

Hình 3.7, Hình 3.8 miêu tả quá trình giải phóng mặt bằng và dựng lán trại Trước khi triển khai xây dựng khung thí nghiệm, cả nhóm thực hiện đề tài cùng nhau tìm kiếm vị trí mặt bằng thích hợp để có thể thuận tiện cho quá trình xây dựng và thử nghiệm Sau khi chọn được vị trí thích hợp, nhóm quyết định thuê đất và xin phép địa phương nơi tiến hành thử nghiệm Khi đã tiến hành xong các thủ tục tiến hành định vị mặt bằng, dựng lán trại và tập kết vật tư, thiết bị thi công vào công trình Sau đó mới

tiến hành gia công, lắp dựng cốp pha, cốt thép, đổ bê tông từng cấu kiện